Besturingsmethoden in automatiseringssystemen

V automatisering systemen Er worden drie controlemethoden toegepast:

1) door afwijking van de gecontroleerde waarde,

2) door verstoring (door belasting),

3) gecombineerd.

Methode van regeling door afwijking van de geregelde variabele Laten we eens kijken naar het voorbeeld van een DC-motorsnelheidsregelsysteem (Fig. 1).

Tijdens bedrijf ervaart de motor D, als object van regeling, verschillende storingen (veranderingen in de belasting van de motoras, de spanning van het voedingsnetwerk, de snelheid van de motor die het anker van de generator D aandrijft, veranderingen in de omgevingstemperatuur temperatuur, wat op zijn beurt leidt tot verandering in de weerstand van de wikkelingen, en dus de stromen, enz.).

Al deze verstoringen zorgen ervoor dat het motortoerental D afwijkt, wat een verandering in e veroorzaakt. enz. v. tachogenerator TG. Reostaat P is opgenomen in het circuit van de tachogenerator TG1... Spanning U0 opgenomen door de reostaat P1 wordt opgenomen tegen de spanning van de TG tachogenerator. Dit resulteert in een spanningsverschil e = U0 — Utg dat via de versterker Y wordt toegevoerd aan de motor DP die de schuifregelaar van de reostaat P beweegt.Spanning U0 komt overeen met de ingestelde waarde van de geregelde variabele - rotatiefrequentie ωО, en de tachogeneratorspanning Utg - de huidige waarde van de rotatiesnelheid.

Rijst. 1. Schematische diagrammen voor DC-motorsnelheidsregeling met gesloten lus: R - reostaat, OVG - generator-excitatiespoel, G - generator, OVD - motor-excitatiespoel, D - motor, TG - tachogenerator, DP - reostaat schuifaandrijfmotor, U - versterker.

Als onder invloed van storingen het verschil tussen deze waarden (afwijking) een vooraf bepaalde grens overschrijdt, dan krijgt de regelaar een referentieactie in de vorm van een verandering in de bekrachtigingsstroom van de generator, waardoor deze afwijking ontstaat afnemen. Een algemeen afbuigsysteem wordt weergegeven door het diagram in Fig. 2, een.

Rijst. 2... Schema's van reguleringsmethoden: a — door afwijking, b — door verstoring, c — gecombineerd, P — regelaar, RO — regelgevende instantie, OR — object van regulering, ES — vergelijkingselement, x(T) is de instelling, Z1 (t) en Z2 (t) — interne regulerende invloeden, (T) — instelbare waarde, F(T) is een storend effect.

Afwijking van de regelgrootheid activeert de regelaar, deze actie is altijd zo gericht dat de afwijking wordt verkleind. Om het verschil in waarden ε(t) = x(t) — y (f) te verkrijgen, wordt een vergelijkingselement ES in het systeem geïntroduceerd.

De actie van de regelaar bij het regelen van afwijkingen vindt plaats ongeacht de reden voor de verandering in de geregelde variabele. Dit is ongetwijfeld het grote voordeel van deze methode.

Een methode van storingsbeheersing of storingscompensatie is gebaseerd op het feit dat het systeem apparaten gebruikt die de invloed van veranderingen in het storingseffect compenseren.

Rijst. 3... Schematisch diagram van de spanningsregeling van de DC-generator: G - generator, ОВ1 en ОВ2 - excitatiespoelen van de generator, Rн - belastingsweerstand, F1 en F.2 - magnetomotorische krachten van de excitatiespoelen, Rsh - weerstand.

Beschouw als voorbeeld de werking van een gelijkstroomgenerator (fig. 3). De generator heeft twee bekrachtigingswikkelingen: OB1 parallel geschakeld met het ankercircuit en OB2 aangesloten op een weerstand Ri... De veldwikkelingen zijn zo aangesloten dat hun ppm. F1 en F.2 toevoegen. De spanning van de generatorklem is afhankelijk van het totale aantal ppm. F = F1 + F2.

Naarmate de belastingsstroom Az toeneemt (de belastingsweerstand Rn neemt af) zou de generatorspanning UG moeten afnemen als gevolg van een toename van de spanningsval over het generatoranker, maar dit zal niet gebeuren omdat ppm. F2-bekrachtigingsspoel OB2 neemt toe naarmate deze evenredig is met de belastingsstroom Az.

Dit zal leiden tot een toename van de totale ppm en dienovereenkomstig tot een egalisatie van de generatorspanning. Dit compenseert de spanningsval wanneer de belastingsstroom verandert - de belangrijkste storing van de generator. Weerstand RNS in dit geval is het een apparaat waarmee u interferentie kunt meten - belasting.

In het algemene geval wordt een diagram van een systeem dat werkt volgens de methode voor storingscompensatie getoond in Fig. 2, geb.

Angstige invloeden kunnen door verschillende redenen worden veroorzaakt, dus er kunnen er meer dan één zijn.Dit bemoeilijkt de analyse van de werking van het automatische besturingssysteem. Het is meestal beperkt tot het kijken naar verstoringen die worden veroorzaakt door de hoofdoorzaak, zoals veranderingen in de belasting. In dit geval wordt de regeling lastregeling genoemd.

Een gecombineerde methode van regulering (zie figuur 2, c) combineert de twee voorgaande methoden: door deviatie en verontwaardiging. Het wordt gebruikt bij de constructie van complexe automatiseringssystemen waar hoogwaardige regelgeving vereist is.

Zoals volgt uit afb. 2, bij elke aanpassingsmethode bestaat elk automatisch aanpassingssysteem uit verstelbare (aanpassingsobject) en aanpassings- (regelaar) delen. In alle gevallen moet de regelaar beschikken over een sensitief element dat de afwijking van de regelgrootheid van de voorgeschreven waarde meet, alsmede over een regelorgaan dat zorgt voor het herstel van de instelwaarde van de regelgrootheid na de afwijking ervan.

Als in het systeem de regelaar het effect rechtstreeks van het sensorelement ontvangt en daardoor wordt aangestuurd, dan wordt zo'n besturingssysteem een ​​direct besturingssysteem genoemd en wordt de regelaar een direct werkende regelaar genoemd.

Bij direct werkende regelaars moet het sensorelement voldoende kracht ontwikkelen om de positie van het regellichaam te veranderen. Deze omstandigheid beperkt het toepassingsgebied van directe regulering, aangezien ze de neiging hebben om het gevoelige element klein te maken, wat op zijn beurt problemen veroorzaakt bij het verkrijgen van voldoende inspanningen om de regelgevende instantie te bewegen.

Eindversterkers worden gebruikt om de gevoeligheid van het meetelement te verhogen en voldoende vermogen te verkrijgen om het regellichaam te bewegen. Een regelaar die werkt met een eindversterker wordt een indirecte regelaar genoemd en het systeem als geheel wordt een indirect regelsysteem genoemd.

In indirecte controlesystemen worden hulpmechanismen gebruikt om de regelgevende instantie te verplaatsen die handelt vanuit een externe energiebron of vanwege de energie van het gecontroleerde object. In dit geval werkt het gevoelige element alleen op het bedieningselement van het hulpmechanisme.

Classificatie van automatiseringsbesturingsmethoden volgens het type besturingsacties

Het regelsignaal wordt gegenereerd door het regelsysteem op basis van de referentievariabele en het signaal van de sensor die de werkelijke waarde van de regelvariabele meet. Het ontvangen stuursignaal wordt toegevoerd aan de regelaar, die het omzet in een stuuractie van de aandrijving.

De actuator dwingt het regellichaam van het object om een ​​zodanige positie in te nemen dat de geregelde waarde naar de ingestelde waarde neigt. Tijdens de werking van het systeem wordt continu de actuele waarde van de regelgrootheid gemeten, daarom wordt het regelsignaal ook continu gegenereerd.

De regulerende werking van de aandrijving kan echter, afhankelijk van het apparaat van de regelaar, continu of intermitterend zijn. In afb. 4 toont a de afwijkingskromme Δu van de regelwaarde y in de tijd van de streefwaarde y0, terwijl tegelijkertijd in het onderste deel van de figuur is aangegeven hoe de regelactie Z continu gewijzigd moet worden.Het is lineair afhankelijk van het stuursignaal en valt daarmee in fase samen.

Rijst. 4. Schema's van de belangrijkste soorten regulerende invloeden: a — continu, b, c — periodiek, d — relais.

Regelgevers die een dergelijk effect produceren, worden continue regelgevers genoemd, en de regeling zelf is een continue regeling... Regelgevers die op dit principe zijn gebouwd, werken alleen als er een regelactie is, dat wil zeggen totdat er een afwijking is tussen de werkelijke en de voorgeschreven regel. waarde van de gecontroleerde variabele.

Als tijdens de werking van het automatiseringssysteem de regelactie met een continu stuursignaal met bepaalde intervallen wordt onderbroken of wordt geleverd in de vorm van afzonderlijke pulsen, dan worden de controllers die volgens dit principe werken periodieke regelaars genoemd (stap of puls).. In principe zijn er twee mogelijke manieren om een ​​periodieke controleactie te vormen.

In afb. 4, b en c tonen de grafieken van de intermitterende regelactie met continue afwijking A van de geregelde waarde.

In het eerste geval wordt de regelactie weergegeven door afzonderlijke pulsen van dezelfde duur Δt, gevolgd door gelijke tijdsintervallen T1 = t2 = t in dit geval is de grootte van de pulsen Z = e(t) evenredig met de waarde van de stuursignaal op het moment van vorming van de stuuractie.

In het tweede geval hebben alle pulsen dezelfde waarde Z = e(t) en volgen ze met regelmatige tussenpozen T1 = t2 = t, maar hebben verschillende tijdsduren ΔT. In dit geval hangt de duur van de pulsen af ​​van de waarde van het stuursignaal op het moment van vorming van de stuuractie.Het toezichthoudend optreden van de toezichthouder wordt met bijbehorende discontinuïteiten overgedragen aan het toezichthoudend orgaan, waardoor het toezichthoudend orgaan ook bij discontinuïteiten van positie verandert.

In de praktijk zijn het ook veel gebruikte relaisbesturingssystemen. Laten we het werkingsprincipe van relaisbesturing eens bekijken, aan de hand van het voorbeeld van de werking van een regelaar met tweestandenregeling (Fig. 4, d).

Aan-uit regelregelaars omvatten die regelgevers die slechts twee stabiele posities hebben: één - wanneer de afwijking van de gecontroleerde waarde de ingestelde positieve limiet + Δy overschrijdt, en de andere - wanneer de afwijking van teken verandert en de negatieve limiet -Δy bereikt.

De verstelactie in beide standen is in absolute waarde gelijk maar verschillend in teken, en deze actie via de regelaar zorgt ervoor dat de regelaar zodanig scherp beweegt dat de absolute waarde van de doorbuiging steeds afneemt. Als de waarde van de afwijking Δу de toegestane positieve waarde + Δу (punt 1) bereikt, wordt het relais geactiveerd en zal de besturingsactie -Z op het object inwerken via de regelaar en het regulerende lichaam, dat een tegengesteld teken heeft maar gelijk is aan grootte naar de positieve waarde van de regelactie + Z. De afwijking van de regelwaarde zal na een bepaalde tijd afnemen.

Bij het bereiken van punt 2 wordt de afwijking Δy gelijk aan de toegestane negatieve waarde -Δy, het relais werkt en de besturingsactie Z verandert van teken in het tegenovergestelde, enz. Relaiscontrollers zijn, vergeleken met andere controllers, eenvoudig van ontwerp, relatief goedkoop en worden veel gebruikt in die faciliteiten waar een hoge gevoeligheid voor storende invloeden niet vereist is.